Fiber Optik Haberleşme Sistemlerinde Yeni Teknolojiler Doç.Dr. Ahmet ALTUNCU altuncu@dumlupinar.edu.tr Elektrik-Elektronik Mühendisliği Fotonik Araştırma Laboratuvarı http://eem.dumlupinar.edu.tr/~fotonik I. Teknoloji Günleri, Dumlupınar Üniversitesi 2007

Optik İletişimin Tarihçesi-1 .... Kızılderililer tarafından kullanılması 1880 A.Graham BELL tarafından Photophone ile 200 m.lik haberleşme sağlanması 1887 Charls Vernen Boys ilk ince cam fiberi (kaplamasız) gerçekleştirdi. 1950 Direkt görüntü iletiminde cam fiber kullanılması 1958 LASER'in bulunması 1959 LASER'in başarıyla çalıştırılması 1962 Yarı iletken LASER'lerin geliştirilmesi 1962 Yarı iletken fotodiyotların geliştirilmesi 1963 Dereceli indisli fiber düşüncesinin ortaya atılması 1966 Cam fiber kullanma düşüncesinin ortaya atılması 1966 Fiberde örtü tabakası düşüncesinin ortaya atılması 1970 Silikadan fiber üretilmesi (20 dB/km. 850 nm. penceresinde) 1971 Kullanışlı LD ve LED'lerin bulunması 1972 Dereceli İndisli fiber üretilmesi (4 dB/km. 850 nm.) 1973 Optik kabloların askeri haberleşmede kullanılması 1973 Optik tekrarlayıcıların geliştirilmesi 1973 CVD yöntemiyle fiber üretimi 1973 Fiber üretiminde OVD yönteminin açıklanması 1974 Fiber üretiminde MCVD yönteminin (Cam tüpün içine silikon yerleştirilmesi) açıklanması. (2.4 dB/ km.) 1975 1310 nm. Optik penceresinin bulunması 1976 1310 nm. Işık dalga boyunda GaInAsP Laser Diyot'un üretimi 1976 Ark (Füzyon) yöntemiyle fiber kaynağının gerçekleştirilmesi

Optik İletişimin Tarihçesi-2 Optik (Işıksal) İletimin Tarihçesi(2) Optik İletişimin Tarihçesi-2 1976 45 Mbit/s'lik çoğullama sisteminin denenmesi Fiber üretiminde VAD yöteminin açıklanması 1978 Çok Modlu fiber kablo ilk tesisinin başlanması 1979 Fiber zayıflamasının (4 dB/km'den 1550 nm.) 0.2 dB/km.'ye indirilmesi 1980 GaInAsP 1550 nm. dalgaboyunda çalışan Laser Diyot'un üretimi 1980 1310 nm.lik ilk ticari sistemin tesis edilmesi 1981 Dereceli Indisli fiber kabloların kullanılması 1981 100 Mb/s hızda tekrarlayıcı aralığının 10 km.ye çıkması 1983 Tek Modlu fiber kablo üretiminin (VAD yöntemiyle) başlaması ; 1983 400 Mb/s hızla 25 km.lik tekrarlayıcı aralığının sağlanması 1984 Optik fiber sistemlerinin abone göz devrelerine (SONET) uygulanması 1984 Derin sulara gömülecek denizaltı fiber kablo için UV reçinesinin geliştirilmesi 1985 100 damarlı Dereceli Indisli Fiber kullanılması

Optik İletişimin Tarihçesi-3 1987 1550 nm.lik dispersiyon kaydırılmış fiber (DSF) kullanılması VAD yöntemiyle 100 - 500 km.lik (tek parça) fiber üretilmesi 1.6 Gb/s çoğullama sistemiyle (23040 kanal) tekrarlayıcı arasında 40 km.ye erişilmesi 1989 1550 nm dalgaboyunda 400 Mb/s.lik hızla çoğullama ve tekrarlayıcı aralığının 120 km.ye çıkması 1990 400 km.lik tekrarlayıcısız fiber optik linkinin tesis 1991 2.5 Gb/s.lik çoğullama ile 30720 kanala erişme (STM-16) 1995 2.5 Gb/s.lik hızla 100 km iletim mesafesi 1996 10 Gb/s.lik hızla 80 km iletim mesafesi (STM-64) 1997 40 Gb/s.lik hızla 300 km iletim mesafesi (STM-256)

Fiber Optik İletişimin Avantajları-1 a- Yüksek Hızda İletim : Bant genişliği x Uzaklık Çarpanı ; -Eşeksenli (Koaksiyel) kablolarda 0.2 GHz x Km. Dereceli Indisli (GI) fiberlerde 1 GHz x Km. Tek Modlu (SM) fiberlerde 100 GHz x Km. b- Uzun Amplifikatör (Tekrarlayıcı ) Aralığı : 40-45 km ( 1310 nm için ) 100 km ( 1550 nm için ) 1 MHz'lik işaret için gücün yarıya düştüğü uzaklık : Bakır iletkende 250 m Eşeksenli iletkende 1000 m Tek Modlu fiberde 10000 m

Fiber Optik İletişimin Avantajları-2 c- Kanal Başına Maliyetin Düşük Olması : Eşit kapasiteli bakır iletkene göre; 140 Mb/s.lik çoğullama sisteminde en az 50,565 Mb/s.de en az 200 kat daha ucuz d- Bilgi Çalınmasının Güçlüğü : Optik fiberden bilgi çalabilmek için kabloyu kesip ayırıcı/kuplör eklemek gerekir.Kablonun kesilmesiyle birlikte sinyal iletimi kesileceği için bağlantının kesilmesi anlık olarak tespit edilir. e- Elektromanyetik Bağışıklık : Metalik iletkenli (koaksiyel veya mikrodalga dalgaklavuzu vb.) iletim sistemlerinde elektromanyetik indüklenme ile iletilen sinyalde distorsiyon oluşurken fiber optik iletimde sinyal, klavuzlanmış ortamda ışıkla taşındığı için distorsiyona uğramaz. Bu nedenle enerji iletim hatları üzerine fiber optik haberleşme ağı kurulabilir. f- Krostalk (Diyafoni) Olmaması : Optik iletimde sinyaller fiber dışına taşmadığı için sinyallerarası girişim meydana gelmez.

Fiber Optik İletişimin Avantajları-3 g- Elektriksel izolasyon : Optik fiberler elektriksel bakımdan yalıtkan maddelerden (cam ve plastik türleri) yapılmış olduğundan tam bir elektriksel izolasyon sağlar. h- Değişik Çevre Koşullarına Uyum Sağlaması : Yüksek ısıya dayanıklı fiberler (+500 C'ye kadar) değişik çevre şartlarında kullanılabilir. Elektrik akımı taşımadığı için ark yapma tehlikesi yoktur. Bu nedenle patlayıcı maddelerin bulunduğu ortamlarda güvenli bir biçimde kullanılmaktadır. ı- Tesis Kolaylığı : Optik fiber kablolar küçük çaplı ve hafif oluşları nedeniyle tesisleri kolaydır. 12 damarlı fiber kablonun çapı 17 mm bakır iletken (0.6 mm2 ) 3 kg/km. fiber damar 30-50 gr/km. Makara boylarının uzun ( 2 veya 4 km ) olması ek sayısını azaltır. Fiber kablo damar sayıları : 4, 6, 12, 24, 36, 48, 60, 96, 144, 192 Japonya'da 100, 200, 600, 1000 damarlı fiber optik kablo üretilmektedir. Dezavantajlar : a- Ek yapma zorluğu ve maliyeti b- Dağıtım şebekesinde düşük hızlı abone hatlarında (FTTH-Fiber to the Home) kullanılması şu an için ekonomik değil. Alternatifi : ADSL

Passive Optical Network (PON) Headend electrical repeater Remote Node Fiber Coaxial Cable Passive Optical Network (PON) passive optical splitter

Lightwave Networks

Çoğullama (Multiplexing) Yöntemleri Çoğullama (Multiplexing) : Aynı optik fiber üzerinden farklı kaynaklardan üretilen bilgilerin eş zamanlı olarak iletilmesini sağlar. Zaman Bölmeli Çoğullama, Time Division Multiplexing (TDM) A2 A1 A C B B2 B1 C2 C1 l time Sadece tek bir dalgaboyu gereklidir (tek bir lazer) Kanalın veri hızı R bit/s ise, N kanal için, sistem veri hızı (R  N) bit/s dir.

Çoğullama (Multiplexing) Yöntemleri Alt taşıyıcılı çoğullama, Subcarrier Multiplexing (SCM) l A C B freq fA fB fC fA fB fC Çoklu taşıyıcı frekansları (subcarrier) elektriksel yolla birleştirilir. Yalnızca bir dalgaboyu gereklidir. (tek bir lazer) (optik taşıyıcı) Fiber üzerinden video sinyallerini taşımak için uygundur.

Çoğullama (Multiplexing) Yöntemleri Dalgaboyu Bölmeli Çoğullama, Wavelength Division Multiplexing (WDM) A C B wavelength lA lB lC wavelength multiplexer lA lB lC Dalgaboyu aralığı : 0.8 nm (100-GHz) Bilgi kaynağı başına bir spesifik dalgaboyu gerekir( her lazer için) Farklı dalgaboylarını birleştirmek/ayırmak için dalgaboyu multiplexer/demultiplexer gereklidir. Kanalın dalgaboyu başına veri hızı R bit/s ise, N dalgaboyu için, sistem veri hızı (R  N) bit/s dir. Yüksek kapasiteli veri iletişimi için uygundur.

Çoğullama (Multiplexing) Yöntemleri Hibrit Yöntemler (TDM/WDM, SCM/WDM)  daha yüksek kapasite A C B wavelength lA lB lC wavelength multiplexer TDM stream TDM/WDM A C B wavelength lA lB lC wavelength multiplexer f1 f2 f3 SCM/WDM lA lA lB lB lC lC

İletim Kapasitesi 132 Ch 1 Ch TDM

Denizaltı Fiber Optik Sistemler (Undersea Fiber Systems) AT&T

Denizaltı Fiber Optik Sistemler FLAG: Fiberoptic Link Around the Globe (10Gb/s SDH-based, 27,000km, service in 1997) Tyco (AT&T) Submarine Systems Inc., & KDD Submarine Cable Systems Inc. 2 fiber pairs, each transporting 32 STM-1s (5-Gb/s)

Denizaltı Fiber Optik Sistemler Africa ONE: Africa Optical Network (Trunk: 40Gb/s, WDM-SDH-based, 40,000km trunk, service in 1999) Tyco (AT&T) Submarine Systems Inc. & Alcatel Submarine Networks 54 landing points 8 wavelengths, each carries 2.5 Gb/s 2 fiber pairs

Işın Teorisi n2>n1 Düz Aynada Yansıma Az Yoğun Ortamdan Çok Yoğun Normal Normal a1 a2 a a Düz Ayna Az Yoğun n1 Çok Yoğun n2>n1 a1= a2 b< a b Düz Aynada Yansıma Az Yoğun Ortamdan Çok Yoğun Ortama Geçiş (Işık Işını normale YAKLAŞARAK Kırılır)

Çok Yoğun Ortamdan Az Yoğun Ortama Geçiş Normal Normal Normal Az Yoğun Az Yoğun Az Yoğun n1 n1 n1 Çok Yoğun n2>n1 Çok Yoğun n2>n1 n2>n1 Çok Yoğun ak ak ak ak = Kritik Açı Kırılan ışığı,ara yüzeyi yalayacak duruma getiren geliş açısı 1-Kritik açıdan büyük açıyla gelen ışık diğer ortama geçmeden YANSIR. (Tam Yansıma) 2-Kritik açıdan küçük açıyla gelen ışık diğer ortama geçer ve normalden UZAKLAŞARAK kırılır. Bir kısmı ise aynı ortama geriye YANSIR.

Optik Fiberin Yapısı Çekirdek (Core) (Öz) Yansıtıcı (Cladding) (Örtü) Kılıf (Coating) (Koruyucu)

Üç Tip Optik Fiberin Karakteristik Özellikleri Fiber Tipi Kesit Kesit Dağılımı Işık Yayılımı İletim Karakteristiği Basamaklı İndisli Çok Modlu Fiber Dereceli Tek Modlu

Üç Tip Optik Fiberin Karakteristik Özellikleri Kırılma İndisinin Fiber Tipi Kesit Kesit Dağılımı Işık Yayılımı İletim Karakteristiği Basamaklı İndisli Çok Modlu Fiber Dereceli Tek Modlu Verilen Alınan Darbe Darbe

Basamaklı indisli çok modlu fiber (MMF) Çok modlu fiberde çok sayıda ışın yolu vardır. Kırılma indisi çekirdekte sabittir. Giriş Signali Çıkış Signali Fiber kesiti Indis profili Yayılma modları Step-index fibers have minimum core diameter of 52.5 µm and 62.5 µm, cladding diameter of 100/140 µm and numerical aperture between 0.2 and 0.5. Due to modal dispersion, the drawback to this design is its very low band-width, expressed as bandwidth-length product in MHz x km. This fiber’s bandwidth of approximately 20 MHz x km indicates that it is suitable for carrying a 20 MHz signal only a distance of 1 km, or a 10 MHz signal a dis-tance of 2 km, or a 40 MHz signal a distance of 0.5 km, etc. Step-index fibers have been implemented in plastic; their application field is mostly in short distance links which can accommodate high attenuations. In multimode fibers, many rays, or modes of light propagate simultanously: 100 up to 1000 light modes ( number of modes ; number of modes

Basamaklı indisli tek modlu fiber (SMF) Tek modlu fiberde tek bir ışın yolu vardır. Bandgenişliği daha yüksektir Giriş Signali Çıkış Signali Fiber kesiti Indis profili Yayılma modları The small core diameter decreases the number of propagating modes. In a singlemode fiber, only one ray propagates down the core at a time. The reduced core diameter limits the light to propagation of only one mode, eliminating modal dispersion completely

Dereceli indisli çok modlu fiber (GI-MMF) Kırılma indisi dereceli değişkendir. Giriş Signali Çıkış Signali Fiber Kesiti Indis profili Yayılma modları Graded-index (GI) fibers are obtained by giving to the core a non uniform refractive index, decreasing gradually from the central axis to the cladding. This index variation of the core forces the rays to progress in the fiber in a sinusoidal manner. The highest order modes will have a longer travel, but outside of the central axis, in areas of low index, their speeds will increase and the speed differ-ence between the highest and lower order modes will be smaller than for step-index fibers.

Yansıtıcı Çekirdek Kılıf

Yansıtıcı Çekirdek Kılıf qmax a b bmax q amin

Kırılma indisi büyük olan ortamda ışık daha yavaş yol alır. Işık Hızı v = c n n>1 ve n = Kırılma indisi (fiber için n ~ 1.5) c = Işığın boşluktaki hızı= 2.99792458. 108 m/s v = Yoğunluğu camın cinsine göre değişen bir fiberdeki ışık hızı. The velocity at which light travels through a medium is determined by the refractive index of the medium. The index of refraction n is a unit less number which represents the ratio of the velocity of light in a vaccum to the velocity of the ligth in the medium. According to the Einstein’s theory of relativity , nothing in our universe can exceed the velocity of light. c0 = (m0.e0)-1/2 m0 = 1.2566x10-6 H/m e0 = 8.8542x10-12 F/m Is the c, speed of light in vacuum, constant? At the 1983 Conference Generale des Poids et Mesures the following SI (Systeme International) definition of the metre was adopted: The metre is the length of the path travelled by light in vacuum during a time interval of 1/299 792 458 of a second. This defines the speed of light in vacuum to be exactly 299,792,458 m/s. This provides a very short answer to the question "Is c constant": Yes, c is constant by definition! Kırılma indisi büyük olan ortamda ışık daha yavaş yol alır. 7

Farklı fiber tipleri Basamaklı indisli çok modlu fiber SI 100/140 0.28 N.A. 140µm Basamaklı indisli çok modlu fiber SI 100/140 125 µm 0.21 62.5 µm 50 µm n1=1.540...1.562 n2 =1.540 Dereceli indisli GI 62.5/125 GI 50/125 n2 =1.517 n1=1.527 9 to 12 µm 0.13 tek modlu fiber SI 9/125 n1=1.471 n2 =1.457 Æ çekirdek Æ buffer/kılıf Æ yansıtıcı

Optik Fiberin Ölçülebilecek Önemli Karakteristikleri Tek Modlu Fiber (SMF) : Kesim (Cut-off) Dalgaboyu Sayısal açıklık (NA) Zayıflama Kromatik dispersiyon PMD Bandgenişliği Geri saçınım Geometri Çok Modlu Fiber (MMF) : Sayısal açıklık (NA) Zayıflama Modal dispersiyon Bandgenişliği Geri saçınım Geometri

Modal Dispersion (Modal dağılma) Pals genişlemesi With all these different ray paths or modes of propagation, different rays travel different distances, and take different amounts of time to transit the length of a fiber. This being the case, if a short pulse of light is injected into a fiber, the various rays emanating from that pulse will arrive at the other end of the fiber at different times, and the output pulse will be of longer duration than the input pulse. This phenomenon is called "modal dispersion" (pulse spreading), and limits the number of pulses per second that can be transmitted down a fiber and still be recognizable as separate pulses at the other end. This, therefore, limits the bit rate or bandwidth of a multimode fiber. For step index fibers, wherein no effort is made to compensate for modal dispersion, the bandwidth is typically 20 to 30 MHz over a length of one kilometer of fiber, expressed as "MHz - km". Pulse broadning rate : 1. Response time on S.I. multimode fiber with large number of modes : tT ~(L.D.n)/(2.c0) 2. Response time for a G.I. MM F : tT ~(L.D2.n)/(4.c0) Ex.: 50/125 n1=1.4877 @850nm, NA = 0.200 => n2 = 1.47621 D = 9.05.10-3 S.I. 22ns/km G.I. 100ps/km Ex.: 62.5/125 n1=1.4760 @850nm, NA = 0.275 G.I. 358ps/km Response time 62.5/125 = Response time 50/125 .(NA 62.5/125 / NA 50/125 )4.(n1 50/125 /n1 62.5/125 )3 Yayılma modları (farklı ışın yolları) farklı mesafeler katederler ve fiber sonuna farklı zamanlarda varırlar.

Mod sayısı : V parametresi a = çekirdek çapı NA = numerical aperture(sayısal açıklık) l0 = ışığın boşluktaki dalgaboyu Mod sayısı V>>1 için Step Index Fiber : Parabolic-index fiber :

Tek modlu fiber tipleri Standard Singlemode fiber (S-SMF) G652 of CCITT Dispersion-Shifted Singlemode fiber (DSF) G653 of CCITT Non-Zero Dispersion Singlemode fiber (NZDF) G655 of CCITT Polarization Maintaining Fiber (Polarizasyon beslemeli fiber) (PM (Panda) Fiber ) Dispersion-Shifted Fiber Standard singlemode fibers exhibit optimum attenuation performance at 1550nm and optimum bandwidth at 1300nm. Dispersion-shifted fibers are made so that both attenuation and bandwidth are optimum at 1550nm. Polarization Maintaining Fiber Fiber that maintains the polarization of light that enters it. Dispersion Compensating Fiber (Dispersiyon Dengelemeli fiber) (DCF) Rare-Earth Doped Fibers (Katkılı fiberler) (EDF) Other specific fibers (Diğer özel fiberler)

Fiber Uygulamaları 850 nm 1300 nm 1550 nm Dalgaboyu Uygulama Fiber Tipi Core/cladding Uygulama 850 nm 1300 nm 1550 nm 100/140 µm 85/125 µm 62.5:125 µm 50/125 µm 9/125 µm Max. mesafe (km) 0.1 0.5 1 5 10 50 100+ Telecom / CATV LAN Endüstri Multimode Singlemode 3 8

Fiber Kayıpları Kirlilikler Heterojen Yapı Saçınım Kaybı Absorplama Giriş Çıkış Kirlilikler Heterojen Yapı Saçınım Kaybı Absorplama Bağlantı Kuplaj Makro veya mikro kıvrım kaybı

Absorplama ve Saçınım Kayıpları (Absorption and Scattering Losses) OH- absorplaması 1. İletim penceresi 820-880nm 2. İletim Penceresi 1285-1330 nm 3. İletim 1525-1575nm 850 1300 1550 Dalgaboyu (nm) Zayıflama (dB/km) Rayleigh Saçınımı Rayleigh saçınımı ölçümlerinden fiber zayıflama eğrisi ortaya çıkmaktadır. 10 8 2 1 8

SMF’de Dispersiyon Mekanizmaları Kromatik Dispersiyon (CD) Farklı dalgaboyları farklı hızlarda yol alırlar. Pulse Polarizasyon mod dispersiyonu (PMD), Çiftkırıcılık (birefringence) İki ortagonal polarizasyon modu farklı hızlarda yol alır Pulse

l3 l1 l2 l3 l1 l2 l1 l3 1.Material dispersion: Kırılma İndisi : n(  ) Hız = c / n(  ) 2.Waveguide dispersion: n(x,y) öz ve kılıf’ta farklıdır. l3 l1 l2 l3 l1 l2 l1 l3 Pulse Yayılması

+ _  The slope of this Gives this vg vg  Kromatik Dispersiyon zero dispersion wavelength  The slope of this Gives this Pulse delay (ps) + vg slope at zero dispersion S0 (nm) vg  Chromatic Dispersion (ps/nm-km) _  (nm)

SMF Türlerinin Dispersiyon Eğrileri dispersion unshifted G.652 + +17 + Chromatic Dispersion (ps/nm-km)  dispersion shifted G.653  non-zero dispersion non-zero dispersion shifted G.655  (nm)  vg      vg

SMF Türlerinin Dispersiyon Eğrileri Lucent TrueWave Balanced + Corning LEAF Lucent TrueWave +4 Reduced Slope +2 G.653 Corning LS Chromatic Dispersion (ps/nm-km) Lucent TrueWave Balanced - 1530 1540 1550 1560 1570 - 2 Corning MetroCor - 4 S-band EDFA C-band EDFA L-band

Fiber Bragg Izgarası (FBG) ile Kromatik Dispersiyonun Kompanzasyonu Kompanzasyon, herbir iletilen dalgaboyu için sıfır net dispersiyona yaklaşmayı hedefler Dispersiyon kompanzasyonu oldukça pahalıdır ve bir DWDM network maliyetinin 10% kadar olabilir !!!! Giriş spektrumu Yansıyan spektrum

DCF ile Dispersiyon Kompanzasyonu Transmission fiber Dispersion compensating fiber (DCF) + Positive dispersion (Negative dispersion) Negative dispersion (Positive dispersion) Longer wavelength Slow (Fast) Longer wavelength Fast (Slow) Shorter wavelength Fast (Slow) Shorter wavelength Slow (Fast) 40 Gb/s optical signal 25 ps Transmitter output After fiber transmission After dispersion comp.

DC allocations and dispersion maps Post-comp. + Fiber#1 Fiber#2 R.D. [ps/nm] DC DC Distance [km] - Pre-comp. + Fiber#1 Fiber#2 R.D. [ps/nm] DC DC Distance [km] - Post- & Pre- comp. + Fiber#1 Fiber#2 R.D. [ps/nm] DC DC DC Distance [km] -

Polarization Mode Dispersion (PMD) Cross-section of optical fiber Ideal Practical Cladding Fast axis Core Slow axis 1st-order PMD Fast Dt Dt Slow D t : Differential Group Delay (DGD) - Well defined, frequency independent eigenstates - Deterministic, frequency independent Differential Group Delay (DGD) - DGD scales linearity with fiber length

Fiber Ek Teknolojisi : Mekanik Ek Mekanik ek (jel dolgulu) Mekanik ek V-oluk

Fiber Ek Teknolojisi : Füzyon Eki

Fiber Optik Konnektörler Plug pair Mating adapter Ferrule Anahtar

Fiber Optik konnektörler

Fiber Optik konnektörler FC ST SC DIN E2000 EC VFO, PFO

Tek Modlu Fiber Optik Konnektör Karakteristikleri

Kablolar Optik fiberlerin üretimi çevresel ve mekanik etkenlere dayanıklı materyallerle gerçekleştirilir. Asıl olarak iki çeşit kablo tipi vardır: Sıkı tampon tüplü fiber kablolar Bilgisayar odaları, telekomünikasyon merkez ofisi, tünel ve sınır alanları, kesici (şalt)sahaları Gevşek tampon tüplü kablolar Harici bağlantıların inşası, Telekomünikasyon ve data trunkları, uzun çekilen devreler, kanallar arasındaki inşaatlar, iyi nemlilik,ozon ve hava direncinin arandığı uygulamalar. Tüp başına 1 den 12 ye kadar fiberler (bir kabloda en fazla 400/800 fiber)

Sıkı tampon (tight buffer) tüplü kablolar (iç mekan) Termoplastik kılıf Aramid dayanıklılık elemanı 900 mikron Sıkı buffer ‘lı fiberler Merkez Dış kılıf Dairesel polyester Bant koruyucu This design features secondary coated (buffered) optical fibers within a flexible and durable construction. The cables are of generally low fiber count with aramid strength element protection layers and a polymer outer sheath. This design is particularly suited to internal applications. Kevlar A strong synthetic material used in cable strength members; the name is a trademark of the DuPont Company. Sheath An outer protective layer of a fiber optic cable. Tight Buffer A material tightly surrounding a fiber in a cable, holding it rigidly in place.

Gevşek tampon (loose buffer) tüplü kablolar (açıkhava) Termoplastik tüp Polietilen Dış kılıf Jel dolgusu Merkez FRP dayanıklılık elemanı Çok sayıda 250 mikron fiberler Büyük kablo çapı This design allows primary coated optical fiber or bundles of primary coated optical fibers to lie loosely inside a polymer tube or former thus taking advantage of the minimum strain configuration within the tube or former whilst protecting them from abrasion and other external forces. The tube or former may filled with compounds to prevent ingress and propagation of moisture which may affect the optical fibers. These cables are designed to withstand the mechanical stresses involved when cables are pulled through extensive duct systems and are particularly suitable for external use. Loose Tube A protective tube loosely surrounding a cabled fiber, often fill with gel. Aramid dayanıklılık elemanı

Yüksek gerilim hatlarından fiber kablo çekilmesi

FİBER OPTİK HABERLEŞME SİSTEMLERİNDE YENİ TEKNOLOJİLER Hedefler : Daha fazla bandgenişliği Daha fazla iletim mesafesi

Tek Modlu (SMF) Fiberde İletim Bandları SMF zayıflama eğrisi 700 1300 1100 900 1700 nm 1500 Görülebilir Infrared “L” Bandı ~ 1570 - 1610 nm “O” Bandı ~ 1270-1350 nm “S” Bandı ~ 1470 - 1500 nm “C” Bandı ~ 1530 - 1565 nm “E” Bandı ~ 1370 - 1440 nm Şekil.1. Işık spektrumu Ahmet Altuncu, Arif Başgümüş - Dumlupınar Üniversitesi

İletim Bandlarının Kanal Kapasiteleri Tablo 1. Kanal Kapasiteleri DWDM Kanal Aralıkları 20 nm 12.5 GHz 25 GHz 50 GHz 100 GHz CWDM 18* “O” Band “S” Band** 320*** 160*** 80 40 “C” Band “L” Band “E” Band 530*** 280*** 140*** 70*** First of all, I would like to mention about present transmission bands and attenuation spectrum in single mode fiber. The wavelength region of single mode fiber with the lowest attenuation is called third window or 1.55 µm window. Because of low attenuation, erbium doped fiber amplifiers have been initially developed for optical signal amplification in the conventional band (C band, 1525-1565 nm). And now, they are under investigation to cover the long wavelength band (L-band, 1565-1620 nm) with an inherent flat gain spectrum. A combined C and L bands will offer a much wider transmission window for the dense WDM systems. * 1311 nm altındaki iki dalgaboyu şu anda sağlanamıyor. ** Bu bandda ticari olarak sağlanabilen amplifikatör mevcut değil. *** Teorik kanal sayısı Standartlar : DWDM : ITU G.694.1 CWDM : ITU G.694.2 Ahmet Altuncu, Arif Başgümüş, Dumlupınar Üniversitesi

Optik Sinyalin Kuvvetlendirilmesi :Elektronik 15-20 yıl önce Elektronik tekrarlayıcı kullanan sistem R 20 km İletim hızı 100Mb/s, ulaşılmak istenen hız 500Mb/s Tek problem, fiber zayıflatması – Fiberler saydam bir borudan ibaret Band genişliğini sınırlayan tekrarlayıcılar, WDM sistemlerin geliştirilmesini olanaksız kılmakta. – data hızı arttıkça sistemin karmaşıklığı ve fiyatı artmakta – yükselteç aralığı en çok 20 km

Optik Sinyalin Kuvvetlendirilmesi : Optik Bugün Erbiyum katkılı yükselteç kullanan sistem 50 km ve üzeri İletim hızı 20-40Gb/s, ulaşılmak istenen hız 1Tb/s Dalgaboyu bölmeli çoklamaya (WDM) uygun Fiber dispersiyonu, nonlineerlik, ve polarizasyon etkileri sistem tasarımında önemli parametreler.

Optical Amplifiers Rare-earth doped fibre amplifiers EDFA TDFA PDFA NDFA Raman Fibre amplifiers Semiconductor optical amplifiers (SOA)

Application of Optical Amplifiers In-line amplifiers replaces regenerators Power amplifiers boost signals to compensate fibre losses Preamplifiers boost the recieved signals LAN amplifiers compensate distribution losses in local-area networks

Erbium Doped Fiber Amplifier (EDFA) Characteristics of an ideal amplifier High pump absorption Large spectral bandwidth Gain flatness High QE Low noise High gain High reliability (submarine systems) Very few components High reliability

The future of Fibre Amplifiers Increase in spectral bandwidth ~ 140 nm (hybrid solutions)

Latest Developments

FİBER OPTİK LABORATUVARIMIZDA BULUNAN CİHAZ VE MALZEMELER ÖLÇÜM CİHAZLARI ve LAZER KAYNAKLAR : Anritsu MS9710B Optical Spectrum Analyzer 1 adet Hewlett Packard 86120B Multi-Wavelength meter 1 adet Textronics TDS 1002 Digital Storage Osciloscope 2 adet Santec TSL-200 Tunable Semiconductor Laser 2 adet Oz optics FOS-11-8/25 Fiberoptic Stable Source 1 adet Newport Model 525 1A/2.5A Laser Diode Driver 2 adet Newport Model 325 Temperature Controller 1 adet Newport 740 series Butterfly Laser Diode Mount 2 adet AKTİF ELEMANLAR : Avanex 1998PLU Uncooled Pump Laser 2 adet Fibercore Er-doped fiber 50 m PASİF ELEMANLAR : Oz optics SM-1525-1620nm isolator 2 adet Oz optics SIS0Z007 980/C+L Band WDM Coupler 2 adet Oz optics Splitter-Coupler ( 90/ 10) 1 adet Oz optics Combiner-Coupler (50 /50) 1 adet Oz optics Fiber Optical Variable Attenuator 1 adet Oz optics Fiber Optical Polarization Controller 1 adet Oz optics Fiber Pigtailed U bracket, fitler Holder 1 adet Oz optics C+L Band Optical Circulator 1 adet Oz optics Bare Fiber Adapter 2 adet Katkılı Cam yapımında kullanılan değişik cam ve nadir toprak elementleri. YAZILIM : Optiwave OptiAmplifier 4.0

Metro-12 EDF Parametreleri Metro-12 erbiyum katkılı fiber parametreleri. NA 0.21 Kesim dalgaboyu 960 nm İyon konsantrasyonu 1.6e25 iyon/m3 Öz yarıçapı 1.75 µm Arkaplan kaybı 8 dB/km @ 1310 nm Absorblama 10.46 dB/m @ 980 nm 7.28 dB/m @ 1480 nm 17.70 dB/m @ 1530 nm Emisyon 2.01 dB/m @ 1480 nm 16.59 dB/m @ 1530 nm (b) Şekil 3. Metro-12 EDF için absorblama ve emisyon spektrumları a) 980 nm pompa bandında absorblama spektrumu b) 1480 nm pompa ve 1550 nm sinyal bandı için absorplama ve emisyon spektrumu. Ahmet Altuncu, Arif Başgümüş - Dumlupınar Üniversitesi

teorik ve deneysel çalışmalar Dumlupınar Üniversitesi’nde gerçekleştirilen ve Türkiye’de ilk olan (bazıları dünyada ilk) teorik ve deneysel çalışmalar Fotonik Araştırma Laboratuvarı http://eem.dumlupinar.edu.tr/~fotonik

DESIGN AND CHARACTERIZATION OF HIGH PERFORMANCE C AND L BAND ERBIUM DOPED FIBER AMPLIFIERS (C,L-EDFAs) Ahmet ALTUNCU Arif BASGUMUS Burcin UZUNCA Ekim HAZNEDAROGLU Dumlupınar University, Faculty of Engineering, Department of Electrical & Electronics Engineering, KUTAHYA altuncu@dumlupinar.edu.tr arifbasgumus@dumlupinar.edu.tr burcinuz@yahoo.com ekimhaz@yahoo.com Acknowledgements: This project was funded by State Planning Organization (DPT) in Turkey with Project number 2003K120380.

C Band EDFA Deneysel Düzeneği Figure 5. Forward pumped C band EDFA. Ahmet Altuncu, Arif Başgümüş, Burcin Uzunca, Ekim Haznedaroglu - Dumlupinar University

C Band EDFA Deneysel Sonuçlar-1 Figure 6. Gain and noise figure characteristics of a 6 m long C band EDFA as a function of pump power. Psig in = -30 dBm, Signal wavelength = 1550 nm. Ahmet Altuncu, Arif Başgümüş, Burcin Uzunca, Ekim Haznedaroglu - Dumlupinar University

C Band EDFA Deneysel Sonuçlar-2 Figure 7. Gain and noise figure characteristics of a 6 m long C band EDFA as a function of input signal power. Ppump in = 92.5 mW, Signal wavelength = 1550 nm. Ahmet Altuncu, Arif Başgümüş, Burcin Uzunca, Ekim Haznedaroglu - Dumlupinar University

C Band EDFA Deneysel Sonuçlar-3 Figure 8. Gain and noise figure spectra of a 6 m long C band EDFA. Ppump in = 92.5 mW and Psig in = -30 dBm. Ahmet Altuncu, Arif Başgümüş, Burcin Uzunca, Ekim Haznedaroglu - Dumlupinar University

C Band EDFA Deneysel Sonuçlar-4 Figure 9. Output spectrum of C band EDFA. Ppump in = 92.5 mW and Psig in = -30 dBm.

Ahmet ALTUNCU Arif BAŞGÜMÜŞ L-Bandında Çalışan Yüksek Performanslı Erbiyum Katkılı Fiber Amplifikatör (L-EDFA) Tasarımı Ahmet ALTUNCU Arif BAŞGÜMÜŞ Dumlupınar Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü, Kütahya altuncu@dumlupinar.edu.tr arifbasgumus@dumlupinar.edu.tr http://eem.dumlupinar.edu.tr/~altuncu Bilgilendirme : Bu proje Devlet Planlama Teşkilatı tarafından desteklenmektedir. (Proje No : 2003K120380 )

L Band EDFA’da Optik Sinyal Amplifikasyonunun Karakteristikleri Temel karakteristikler : L bandında düşük popülasyon tersbirikimi : ~ % 40 C bandında : > % 70 Daha uzun erbiyum katkılı fiber gereksinimi : 50 ~ 100 m C bandında : 5 ~ 10 m Daha yüksek pompalama gücü : 100 ~ 200 mW C bandında : 50 ~ 100 mW Pompa dönüşüm verimini (PCE) artırmak için kullanılan özel teknikler : L-EDFA’ya C bandı çekirdek sinyal enjeksiyonu C bandındaki geri yönlü ASE’nin L-EDFA’ya yeniden uygulanması L bandı sinyal için çift geçişli veya üç geçişli konfigürasyon kullanılması Döngü tipi L-EDFA konfigürasyonu kullanılması There are three fundamental requirements to provide sufficient gain in L band. Firstly……, secondly…. and thirdly…. In addition, in order to increase the power conversion efficiency (PCE) from pump to signal band, a number of special techniques can be used. Firstly……, secondly ………, and thirdly………… Some other techniques can also be used to increase gain in L band. Ahmet Altuncu, Arif Başgümüş, Dumlupınar Üniversitesi

L-Bandı EDFA Deney Düzeneği Şekil.2. L-EDFA Deney Düzeneği Ahmet Altuncu, Arif Başgümüş - Dumlupınar Üniversitesi

Deney Düzeneği Şekil.4. Deney düzeneğinin görünüşü. Ahmet Altuncu, Arif Başgümüş - Dumlupınar Üniversitesi

Deneysel Sonuçlar-1 Şekil-5. 50 m L-EDFA çıkış ASE spektrumu : a) 1550 nm prob sinyali ile b) Prob sinyali uygulanmadan Ahmet Altuncu, Arif Başgümüş - Dumlupınar Üniversitesi

Çekirdek Sinyal Enjeksiyonunun Etkileri The backward ASE spectrum of forward pumped conventional L band EDFA is shown in Fig.12 with the inset showing the backward ASE spectrum of the amplifier without applying a seed signal. Using forward seed signal, C band backward ASE generated at the input part of L-EDFA is used to amplify forward C band seed signal which is further used to pump L band signal. Specifically, C band backward ASE energy at around 1535 nm is mostly transferred to C band forward pump at around 1550 nm, and partly to C band backward ASE at around 1550 nm when the C band signal injection varied between 1540 nm to 1560 nm. Therefore, a C band seed signal injection provides the efficient use of pump power to amplify L band signal only. Şekil 5. İleri yönde pompalanan L-Bandı EDFA’da geri yönlü ASE spektrumunun çekirdek sinyal dalgaboyu ile değişimi. Üstteki şekil : Çekirdek sinyal uygulanmadan elde edilen geri yönlü ASE spektrumu. Ahmet Altuncu, Arif Başgümüş, Dumlupınar Üniversitesi

Deneysel Sonuçlar-3 Şekil-7. 50 m L-EDFA’nın kazanç ve gürültü faktörünün dalgaboyu ile değişimi Ahmet Altuncu, Arif Başgümüş - Dumlupınar Üniversitesi

Deneysel Sonuçlar-4 Şekil-8. 50 m L-EDFA’nın kazanç ve gürültü faktörünün pompa gücü ile değişimi Ahmet Altuncu, Arif Başgümüş - Dumlupınar Üniversitesi

Deneysel Sonuçlar-5 Şekil-9. 50 m L-EDFA’nın kazanç ve gürültü faktörünün sinyal giriş gücü ile değişimi Ahmet Altuncu, Arif Başgümüş - Dumlupınar Üniversitesi

Deneysel Sonuçlar-6 Şekil-10. Anritsu MS9710B optik spektrum analizör ile 50 m L-EDFA’da kazanç ve gürültü faktörü ölçümü. Ahmet Altuncu, Arif Başgümüş - Dumlupınar Üniversitesi

(L-EDFA) Pompa Dalgaboyu ve Fiber Uzunluğunun Optimizasyonu L-Bandı Erbiyum Katkılı Fiber Amplifikatörde (L-EDFA) Pompa Dalgaboyu ve Fiber Uzunluğunun Optimizasyonu Ahmet ALTUNCU Arif BAŞGÜMÜŞ Dumlupınar Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü, Kütahya altuncu@dumlupinar.edu.tr arifbasgumus@dumlupinar.edu.tr http://eem.dumlupinar.edu.tr/~altuncu Bilgilendirme : Bu proje Devlet Planlama Teşkilatı tarafından desteklenmektedir. (Proje No : 2003K120380 )

Erbiyum Enerji Seviye Diyagramı Şekil.2. Erbiyum İyonunun (Er 3+ ) Silika için Enerji Seviye Diyagramı. Ahmet Altuncu, Arif Başgümüş - Dumlupınar Üniversitesi

EDFA Modelleri En hızlıdan (en az hassastan) en yavaşa (en fazla hassas olana) doğru Saleh Modeli : 2 seviyeli model. Fiber ucundaki pompa ve sinyal güçlerini tahmin edebilir. Arkaplan kaybı, ASE ve ESA ihmal ediliyor. Elektrik alan ve katkılama dağılımları fiber pozisyon ve güç seviyelerinden bağımsız. Eşdeğer ASE girişli Saleh Modeli : Saleh modeline ek olarak fiber ucundaki eşdeğer ASE’yi de hesaplayabilir. Eşdeğer ASE girişi ile Saleh modelinin doğruluğu artırılır. Jopson Modeli : Fiber boyunca pompa, sinyal ve ASE güçleri ile ters birikim değişimleri hesaplanabilir. Giles Modeli : Tam spektral çözüm sağlar. Absorplama ve kazanç (absorplama ve emisyon kesit alanları) parametrelerine dayanır. Birbirine bağlantılı oran ve yayınım denklemlerinin fiber boyunca integrasyon ile çözümüne dayanır. Ahmet Altuncu, Arif Başgümüş - Dumlupınar Üniversitesi

Optiwave Optiamplifier 4.0 Şekil.3. Optiamplifier 4.0 menüsü Ahmet Altuncu, Arif Başgümüş - Dumlupınar Üniversitesi

Simülasyon Sonuçları-7 (b) Şekil.10. 980 nm’de çift yönlü pompalama için a) Kazanç spektrumu ve b) Gürültü faktörü spektrumu (Pp = 2x75 mW, Psig = -30 dBm, 1540-1640 nm arası 100 WDM kanal) Ahmet Altuncu, Arif Başgümüş - Dumlupınar Üniversitesi

Simülasyon Sonuçları-4 (1,2,3 özeti) Pompalama Konfigürasyonu EDF Uzunluğu (m) 20 dB Kazanç Aralığı (nm) 20 dB Kazanç Bandgenişliği (nm) Kullanılabilir Bandgenişliği (nm) İleri 980 nm Geri 980 nm Çift Yönlü 980 nm 50 1559-1616 1556-1618 57 62 49 60 İleri 1480 nm Geri 1480 nm Çift Yönlü 1480 nm 1557-1618 1571-1612 1555-1619 61 41 64 46 55 75 1592-1625 1577-1629 33 52 43 1576-1630 1561-1633 54 72 Tablo 2. İleri, geri ve çift yönlü olarak 980 nm veya 1480 nm’de pompalanan 50 m ve 75 m uzunlukta L bandı EDFA için 20 dB kazanç bandgenişliği ve kullanılabilir bandgenişliği (NF < 5dB) Ahmet Altuncu, Arif Başgümüş - Dumlupınar Üniversitesi

Simülasyon Sonuçları-6 (5 özeti) Pompalama Konfigürasyonu EDF Uzunluğu (m) 20 dB Kazanç Aralığı (nm) 20 dB Kazanç Bandgenişliği (nm) Kullanılabilir Bandgenişliği (nm) Çift Yönlü 980-980 nm 50 1556-1618 62 60 1480-1480 nm 1555-1619 64 55 980-1480 nm 61 1480-980 nm 1556-1619 63 52 Tablo 3. Çift yönlü hibrit pompalanan 50 m uzunlukta L bandı EDFA için 20 dB kazanç bandgenişliği ve kullanılabilir bandgenişliği (NF < 5dB) Ahmet Altuncu, Arif Başgümüş - Dumlupınar Üniversitesi

Simülasyon Sonuçları-8 (b) (a) Şekil.11. 980 nm’de çift yönlü pompalama için 20 dB kazanç bandgenişliğinin İleri/toplam pompalama oranı Pp.top = 150 mW, Erbiyum katkılı fiber uzunluğu ile değişimi (Pp = 2x75 mW). (Her iki şekil için Psig = -30 dBm, 1540-1640 nm arası 100 WDM kanal.) Ahmet Altuncu, Arif Başgümüş - Dumlupınar Üniversitesi

L BANDI DÖNGÜ TİPİ ERBİYUM KATKILI FİBER AMPLİFİKATÖR VE ASE KAYNAĞI Ahmet ALTUNCU Arif BAŞGÜMÜŞ Fotonik Araştırma Laboratuvarı mf.dumlupinar.edu.tr/~fotonik Dumlupınar Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği, KÜTAHYA Aralık 2005 Hello everyone! I m Arif Başgümüş. I m going to present DESIGN AND CHARACTERIZATION OF HIGH PERFORMANCE C AND L BAND ERBIUM DOPED FIBER AMPLIFIERS. And this project was funded by State Planning Organization (DPT) in Turkey.

L Bandı Döngü Tipi EDFA The experimental setup of a bidirectionally pumped L band EDFA is shown in figure 10. Here, a fabry perot laser operating at 1550 nm was used as a C band seed signal source. TLS output signal and C-band seed signal are combined via a 90/10 coupler and this combined signal is applied to the L band EDFA pumped bidirectionally at 980 nm. Erbium doped fiber length used in L band EDFA was 50 m. The maximum pump power applied in L-EDFA was 205.6 mW with 114.8 mW in forward and 90.8 mW in backward directions giving a forward/total pumping ratio of 0.56. Şekil 4. Çift yönlü pompalamalı ve çekirdek sinyal uygulanan L bandı döngü tipi EDFA Ahmet Altuncu, Arif Başgümüş, Dumlupınar Üniversitesi

L Bandı Döngü Tipi EDFA Deneysel Sonuçları-1 Fig.13 shows gain and noise figure performance of L band EDFA as a function of total pump power. The applied pump power was varied from 125 mW to 205 mW which was the maximum power provided in our setup. It can be seen from the figure that, the gain increases and begins to saturate at the maximum pump power applied. On the other hand , NF decreases with increasing pump power and takes its lowest value. Şekil 6. Klasik ve döngü tipi L-EDFA konfigürasyonları için kazanç ve gürültü faktörünün toplam pompa gücü ile değişimi. (Psig.in = -30 dBm, sig = 1585 nm) Ahmet Altuncu, Arif Başgümüş, Dumlupınar Üniversitesi

L Bandı Döngü Tipi EDFA Deneysel Sonuçları-2 Fig.14 shows gain and noise figure variations as a function of input signal power for L band EDFA. As seen in the figure, gain saturation occurs from approximately -20 dBm signal input power. At a saturating signal level of -5 dBm, the measured gain is 7.7 dB and noise figure 7.9 dB. Şekil 7. Klasik ve döngü tipi L-EDFA konfigürasyonları için kazanç ve gürültü faktörünün sinyal dalgaboyu ile değişimi. (Psig.in = -30 dBm, Pp.tot = 205.6 mW) Ahmet Altuncu, Arif Başgümüş, Dumlupınar Üniversitesi

L Bandı Döngü Tipi EDFA Deneysel Sonuçları-3 Fig.15 shows the measured gain and noise figure spectra of L-EDFA between 1565-1585 nm. The spectral gain and NF measurements were limited to 1585 nm at L band due to unavailability of the TLS operation beyond this wavelength. It can be seen on the figure that the L-EDFA gain increases with increasing wavelength up to 1585 nm. Although the gain and NF performance of L-EDFA at 1565-1570 nm is worse, they become moderate at 1585 nm as 18.3 dB and 7.1 dB, respectively. From the output ASE spectrum of L-EDFA observed on OSA, the L-EDFA design is estimated to provide an approximately 40 nm gain bandwidth between 1570-1610 nm for saturating signal powers. Şekil 8. Klasik ve döngü tipi L-EDFA konfigürasyonları için kazanç ve gürültü faktörünün giriş sinyal gücü ile değişimi. (sig = 1585 nm, Pp.tot = 205.6 mW) Ahmet Altuncu, Arif Başgümüş, Dumlupınar Üniversitesi

ASE (Amplified Spontaneous Emission) Işık Kaynakları Performans Kriterleri : Genişband çalışabilme Yüksek çıkış gücü Düşük spektral dalgalanma Kısa koherens uzunluğu Uzun dönemde kararlılık Uygulama Alanları : DWDM komponent ve EDFA karakterizasyonu Spektrum dilimlenmiş WDM kaynak Fiber optik jiraskop Optik sensör sistemleri Düşük koherensli tomografi The experimental setup of a bidirectionally pumped L band EDFA is shown in figure 10. Here, a fabry perot laser operating at 1550 nm was used as a C band seed signal source. TLS output signal and C-band seed signal are combined via a 90/10 coupler and this combined signal is applied to the L band EDFA pumped bidirectionally at 980 nm. Erbium doped fiber length used in L band EDFA was 50 m. The maximum pump power applied in L-EDFA was 205.6 mW with 114.8 mW in forward and 90.8 mW in backward directions giving a forward/total pumping ratio of 0.56. Ahmet Altuncu, Arif Başgümüş, Dumlupınar Üniversitesi

Band Seçilebilir Genişband Döngü Tipi ASE Kaynağı The experimental setup of a bidirectionally pumped L band EDFA is shown in figure 10. Here, a fabry perot laser operating at 1550 nm was used as a C band seed signal source. TLS output signal and C-band seed signal are combined via a 90/10 coupler and this combined signal is applied to the L band EDFA pumped bidirectionally at 980 nm. Erbium doped fiber length used in L band EDFA was 50 m. The maximum pump power applied in L-EDFA was 205.6 mW with 114.8 mW in forward and 90.8 mW in backward directions giving a forward/total pumping ratio of 0.56. Şekil 9. Band seçilebilir genişband döngü tipi ASE kaynağı Ahmet Altuncu, Arif Başgümüş, Dumlupınar Üniversitesi

Klasik Çift Geçişli Geniş Band ASE Kaynak Konfigürasyonları Şekil 10. Geniş band fiber yansıtıcılı klasik çift yönlü pompalamalı çift geçişli ASE kaynağı. The experimental setup of a bidirectionally pumped L band EDFA is shown in figure 10. Here, a fabry perot laser operating at 1550 nm was used as a C band seed signal source. TLS output signal and C-band seed signal are combined via a 90/10 coupler and this combined signal is applied to the L band EDFA pumped bidirectionally at 980 nm. Erbium doped fiber length used in L band EDFA was 50 m. The maximum pump power applied in L-EDFA was 205.6 mW with 114.8 mW in forward and 90.8 mW in backward directions giving a forward/total pumping ratio of 0.56. Şekil 11. C bandı fiber Bragg ızgarası yansıtıcılı klasik çift yönlü pompalamalı çift geçişli ASE kaynağı. Ahmet Altuncu, Arif Başgümüş, Dumlupınar Üniversitesi

Band Seçilebilir Döngü Tipi ASE Kaynağı Deneysel Sonuçları-1 The experimental setup of a bidirectionally pumped L band EDFA is shown in figure 10. Here, a fabry perot laser operating at 1550 nm was used as a C band seed signal source. TLS output signal and C-band seed signal are combined via a 90/10 coupler and this combined signal is applied to the L band EDFA pumped bidirectionally at 980 nm. Erbium doped fiber length used in L band EDFA was 50 m. The maximum pump power applied in L-EDFA was 205.6 mW with 114.8 mW in forward and 90.8 mW in backward directions giving a forward/total pumping ratio of 0.56. Şekil 12. Döngü tipi ASE kaynakta çıkış ASE spektrumunun çekirdek sinyal gücü ile değişimi. Ahmet Altuncu, Arif Başgümüş, Dumlupınar Üniversitesi

Band Seçilebilir Döngü Tipi ASE Kaynağı Deneysel Sonuçları-2 The experimental setup of a bidirectionally pumped L band EDFA is shown in figure 10. Here, a fabry perot laser operating at 1550 nm was used as a C band seed signal source. TLS output signal and C-band seed signal are combined via a 90/10 coupler and this combined signal is applied to the L band EDFA pumped bidirectionally at 980 nm. Erbium doped fiber length used in L band EDFA was 50 m. The maximum pump power applied in L-EDFA was 205.6 mW with 114.8 mW in forward and 90.8 mW in backward directions giving a forward/total pumping ratio of 0.56. Şekil 13. Farklı ASE kaynak konfigürasyonları için ölçülen çıkış ASE spektrumları. a) Çekirdek sinyalsiz döngü ASE kaynağı b) Çekirdek sinyal ile döngü ASE kaynağı c) C bandı FBG yansıtıcılı klasik çift yönlü ASE kaynağı d) Genişband fiber yansıtıcılı klasik çift yönlü ASE kaynağı (optimize edilmiş yansıma oranı ile) (Tüm deneylerde Pp.tot = 230.6 mW) Ahmet Altuncu, Arif Başgümüş, Dumlupınar Üniversitesi

Band Seçilebilir Döngü Tipi ASE Kaynağı Deneysel Sonuçları-3 The experimental setup of a bidirectionally pumped L band EDFA is shown in figure 10. Here, a fabry perot laser operating at 1550 nm was used as a C band seed signal source. TLS output signal and C-band seed signal are combined via a 90/10 coupler and this combined signal is applied to the L band EDFA pumped bidirectionally at 980 nm. Erbium doped fiber length used in L band EDFA was 50 m. The maximum pump power applied in L-EDFA was 205.6 mW with 114.8 mW in forward and 90.8 mW in backward directions giving a forward/total pumping ratio of 0.56. Şekil 14. Döngü tipi ASE kaynakta -10 dB çizgi genişliği ve ortalama dalgaboyunun çekirdek sinyal gücü ile değişimi. (Pp.tot = 230.6 mW) Ahmet Altuncu, Arif Başgümüş, Dumlupınar Üniversitesi

Band Seçilebilir Döngü Tipi ASE Kaynağı Deneysel Sonuçları-4 Çekirdek sinyalsiz döngü ASE kaynağı Çekirdek sinyalli döngü ASE kaynağı C bandı FBG yansıtıcılı klasik DP ASE kaynağı Genişband fiber yansıtıcılı klasik DP ASE kaynağı P 6 dB 7.6 dB 11.2 dB 9 dB Po +11.3 dBm +10.5 dBm +15.27 dBm  41.2 nm 85 nm 79.8 nm 85.6 nm m 1545.8 nm 1566.4 nm 1564.8 nm 1566.6 nm The experimental setup of a bidirectionally pumped L band EDFA is shown in figure 10. Here, a fabry perot laser operating at 1550 nm was used as a C band seed signal source. TLS output signal and C-band seed signal are combined via a 90/10 coupler and this combined signal is applied to the L band EDFA pumped bidirectionally at 980 nm. Erbium doped fiber length used in L band EDFA was 50 m. The maximum pump power applied in L-EDFA was 205.6 mW with 114.8 mW in forward and 90.8 mW in backward directions giving a forward/total pumping ratio of 0.56. Tablo 3. Döngü tipi ASE kaynak ve klasik çift geçişli (DP) ASE kaynak konfigürasyonlarının kıyaslanması Ahmet Altuncu, Arif Başgümüş, Dumlupınar Üniversitesi

Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü, Kütahya ÇİFT GEÇİŞLİ L-BANDI ERBİYUM KATKILI FİBER AMPLİFİKATÖR (L-EDFA) TASARIMI VE KARAKTERİZASYONU Şeref YUVKA Ahmet ALTUNCU Dumlupınar Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü, Kütahya serefyuvka@dumlupinar.edu.tr altuncu@dumlupinar.edu.tr http://eem.dumlupinar.edu.tr/~altuncu

Çift Geçişli L-Bandı EDFA Deney Düzeneği Şekil 2 Çift yönlü pompalamalı çift geçişli EDFA tasarımı

için kazancın ve gürültü faktörünün sinyal dalgaboyu ile değişimi Simülasyon Sonuçları Şekil 13 Toplam 230 mW pompa gücüyle pompalanmış tek geçişli ve çift geçişli L-bandı EDFA için kazancın ve gürültü faktörünün sinyal dalgaboyu ile değişimi Bu çalışmadaki L-EDFA tasarımları için kullanılabilir bandgenişliği 1570 nm- 1600 nm arasında yaklaşık 30 nm’dir

Çift Geçişli L-EDFA’nın Teorik Ve Deneysel Performansları-3 Şekil 8 Şekil 9 Çift geçişli L-EDFA’da deneysel ve simülasyonla elde edilen kazancın toplam pompa gücü ile değişimi Çift geçişli L-EDFA’da deneysel ve simülasyonla elde edilen gürültü faktörü değerlerinin toplam pompa gücü ile değişimi

Çift Geçişli Ve Tek Geçişli L-EDFA’nın Deneysel Performansları-3 Şekil 14 Şekil 15 Tek ve Çift geçişli L-EDFA’da kazancın toplam pompa gücü ile değişimi Çift geçişli L-EDFA’da gürültü faktörünün toplam pompa gücü ile değişimi (Giriş sinyal gücü= -30dBm)

Çift Geçişli L-EDFA’da Çıkış ASE Spektrumu Şekil 18 Toplam 230 mW güçle iki yönlü pompalanan ve -30 dBm giriş sinyal gücü uygulanan çift geçişli L-EDFA’nın ölçülen çıkış ASE spektrumu.

L Bandı Döngü Tipi EDFA’da Çekirdek Sinyal Enjeksiyonu ile Optik Anahtarlama Ahmet ALTUNCU altuncu@dumlupinar.edu.tr Dumlupınar Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Elektrik-Elektronik Mühendisliği, Kütahya Fotonik Araştırma Laboratuvarı http://mf.dumlupinar.edu.tr/~fotonik 8. Ulusal Fotonik Çalıştayı, İstanbul 2006

Anahtarlama Anahtarlama (Switching) : İletişim ağları, sayısal bilgisayarlar ve sinyal işleme sistemlerinde gerekli olan en temel operasyonlardan birisidir. Anahtar (Switch) : İletişim veya sinyal işleme sistemlerinde sinyal iletim yolları arasındaki bağlantıları kurup çözen devre elemanı Şekil 2.a) 1X1, 1X2, 2X2 ve NXN anahtar düzenekleri Şekil 2.b) Beş adet 2X2 anahtar elemanı ile yapılmış 4X4 anahtar

Anahtarların Performans Parametreleri Büyüklüğü (giriş/çıkış hat sayısı) İletim yönü (tek yönlü veya iki yönlü) Anahtarlama süresi Yayınım gecikme süresi Throughput (maksimum veri oranı) Anahtarlama enerjisi Güç tüketimi Yerleştirme kaybı Krostalk Fiziksel boyutları

Optik Sinyallerin Anahtarlanması Elektronik anahtarlar Opto-mekanik anahtarlar Elektro-optik anahtarlar Akusto-optik anahtarlar Magneto-optik anahtarlar Tümüyle optik anahtarlar (all-optical switches)

Tümüyle Optik Anahtarlama (all-optical switching) Doğrusal olmayan optik etkiler : Optik Kerr etkisi : Kırılma indisinin uygulanan ışık şiddeti ile değişimi Doyumlu Absorplayıcılar (Saturable absorber) : absorplama katsayısının ışık şiddeti ile değişimi Kerr ortamında elde edilen optik faz modülasyonu (PM), interferometre düzeneği yardımıyla ışık şiddeti modülasyonuna (IM) dönüştürülebilir. Bir anizotropik nonlineer optik fiberde uygulanan kontrol sinyali ile Kerr etkisi üretilerek sinyal polarizasyonu 90° ötelenebilir. (IM modülasyonu) Şekil.3a. Mach-Zehnder interferometre ile tümüyle optik ON-OFF anahtarlama. Şekil.3b. Anizotropik nonlineer optik fiber tümüyle optik anahtar Şekil.3c. Optik Kerr etkisi ile kontrol edilen bir yönlü kuplör

Çekirdek Sinyal Enjeksiyonunun Etkileri Şekil 8. L bandı döngü tipi EDFA'da çıkış ASE spektrumunun çekirdek sinyal gücü ile değişimi

L Bandı Döngü Tipi EDFA ile Tümüyle Optik Anahtarlama Şekil 10. L Bandı döngü tipi EDFA’da çekirdek sinyal enjeksiyonu ile optik anahtarlama düzeneği.

L-EDFA'da Optik Anahtarlama Performansı Şekil 11. L bandındaki bir giriş sinyali için L bandı döngü tipi EDFA’nın ölçülen çıkış spektrumu (giriş sinyal dalgaboyu : 1570 nm, sinyal gücü : -30 dBm) a) C bandı kontrol sinyali yokken, b) -1.6 dBm ortalama güce sahip bir C bandı kontrol sinyali uygulandığında.

L-EDFA'da Optik Anahtarlama Performansı Fotoalıcı çıkışında ölçülen çıkış sinyali dalga şekilleri : Şekil 12.a) 100 Hz karedalga sinyal ile modüleli C band kontrol sinyalinin foto alıcı çıkışındaki elektriksel dalgaşekli. (EDFA'sız) Şekil.12.b) 100 Hz karedalga sinyal ile modüleli -4.6 dBm ortalama güçte C bandı kontrol sinyali ile anahtarlanmış bir L Bandı sinyalin elektriksel çıkış dalga şekli. (EDFA ile)

L-EDFA'da Optik Anahtarlama Performansı Fotoalıcı çıkışında ölçülen çıkış sinyali dalga şekilleri : Şekil 12.c) -30 dBm giriş sinyal gücü için ve C band kontrol sinyali yokken ölçülen foto alıcı çıkış dalgaşekli (EDFA ile) Şekil 12.d) -30 dBm giriş sinyal gücü için ve -1.6 dBm ortalama güçte modülesiz C band kontrol sinyali varken ölçülen fotoalıcı çıkış dalgaşekli (EDFA ile)

L-EDFA'da Optik Anahtarlama Performansı

Erbiyum Katkılı Fiber Amplifikatörlerinin Modellenmesi ve Bilgisayar Simülasyonu

Optik Fiberde Lineer ve Nonlineer Darbe Yayınımının Modellenmesi ve Simülasyonu : EDFA, Raman FA

Dispersiyon Kompanzasyon Teknikleri : DCF